CN109004283A - 一种全固态锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种全固态锂电池及其制备方法，其中，全固态锂电池的制备方法包括：提供一基板；在基板上形成M行×N列的锂电池单元；其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层。本发明实施例通过在基板上设置阵列排列的多个锂电池单元，释放了锂电池单元中各膜层的表面应力，避免了各薄膜开裂，提高了全固态锂电池的可靠性，保证了全固体锂电池正常工作，大大提高了全固态锂电池的使用寿命，在生产上也可以极大的提高良率，降低成本，增强了产品竞争力。

Description

一种全固态锂电池及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及锂电池领域，具体涉及一种全固态锂电池及其制备方法。
背景技术
随着微型化以及可穿戴电子产品的兴起，柔性电子随着可穿戴电子产品的兴起正向便携式、可弯折、高效率、低成本和可循环利用方向发展，开发全固态锂电池成为储能领域研究的前沿之一。全固态锂电池具有其他能源设备所不具有的优势：安全性高、成本低、可高温充放电、循环寿命长、快速充电和续航能力长，已经成为未来能源领域的首选。
目前，为了满足锂电池更轻，更薄，续航能力强的需求，现有的全固态锂电池采用薄膜形式制成。经发明人研究发现，现有的全固体锂电池中各薄膜容易开裂，使得全固态锂电池的可靠性降低，严重时甚至导致全固态锂电池无法正常工作。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全固态锂电池及其制备方法，能够提高全固态锂电池的可靠性，保证全固态锂电池正常工作。
第一方面，本发明实施例提供一种全固态锂电池的制备方法，包括：提供一基板；
在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元；其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层，M≥1，N≥1，且M与N不同时为1。
可选地，所述方法还包括：
在所述基板上形成第一电极和第二电极。
可选地，所述在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元包括：
在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层，所述第一连接层用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极；
在所述正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层；
在基板上形成用于隔绝相邻锂电池单元的的隔绝层；
在所述负极层和隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层，所述第二连接层用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
可选地，所述在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元包括：
在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层，所述第一连接层用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极；
在所述正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层；
在基板上形成用于隔绝相邻锂电池单元的隔绝层；
在所述负极层和所述隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层，所述第二连接层用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
可选地，在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层包括：
在所述基板上沉积正极集流体薄膜，通过激光工艺或者光刻工艺对所述正极集流体薄膜进行刻蚀形成正极集流体层和第一连接层；或者，
在所述基板上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第一连接层。
可选地，在所述负极层和隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层包括：
在所述负极层和所述隔绝层上沉积负极集流体薄膜，通过激光工艺对所述负极集流体薄膜进行刻蚀形成负极集流体层和第二连接层；或者，
在所述负极层和所述隔绝层上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成负极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第二连接层。
可选地，所述方法还包括：
在所述锂电池单元上形成封装层。
第二方面，本发明实施例还提供一种全固态锂电池，包括：基板和设置在所述基板上的M行×N列的锂电池单元；
其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层，M≥1，N≥1，且M与N不同时为1。
可选地，所述全固态锂电池还包括：设置在所述基板上的第一电极和第二电极。
可选地，所述全固态锂电池还包括：第一连接层和第二连接层；其中，
所述第一连接层，与所述正极集流体层同层设置，用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极；所述第二连接层，与所述负极集流体层同层设置，用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
可选地，所述全固态锂电池还包括：第一连接层和第二连接层；其中，
所述第一连接层，与所述正极集流体层同层设置，用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极；所述第二连接层，与所述负极集流体层同层设置用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
可选地，所述全固态锂电池还包括：设置在基板上的隔绝层；
所述隔绝层用于隔绝相邻锂电池单元的正极集流体层、正极层、电解质层和负极层。
可选地，相邻锂电池单元之间的间隔为1～100微米。
可选地，所述全固态锂电池还包括：封装层；
所述封装层设置在所述锂电池单元上。
本发明实施例提供一种全固态锂电池及其制备方法，其中，全固态锂电池的制备方法包括：提供一基板；在基板上形成M行×N列的锂电池单元；其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层。本发明实施例通过在基板上设置阵列排列的多个锂电池单元，保证了在同等面积下，本申请中的多个锂电池单元的尺寸比现有技术中的锂电池的尺寸小，释放了锂电池单元中各膜层的表面应力，避免了各薄膜开裂，提高了全固态锂电池的可靠性，保证了全固体锂电池正常工作，大大提高了全固态锂电池的使用寿命，在生产上也可以极大的提高良率，降低成本，增强了产品竞争力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1A为现有全固态锂电池的一个侧视图；
图1B为现有全固态锂电池的另一侧视图；
图1C为现有全固态锂电池的俯视图；
图2为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法的流程图；
图3A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图一；
图3B为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图二；
图3C为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图三；
图3D为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图四；
图3E为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图五；
图3F为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图六；
图3G为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图七；
图3H为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图八；
图4A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图一；
图4B为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图二；
图4C为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图三；
图4D为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图四；
图4E为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图五；
图4F为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图六；
图5为本发明实施例提供的全固态锂电池的一个俯视图；
图6为本发明实施例提供的全固态锂电池的一个侧视图；
图7为本发明实施例提供的全固态锂电池的另一侧视图；
图8为本发明实施例提供的全固态锂电池的又一侧视图；
图9为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图一；
图10为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图二；
图11为图9对应的侧视图；
图12为图10对应的侧视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
除非另外定义，本发明实施例公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述的对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
现有的全固态锂电池采用薄膜结构，图1A为现有全固态锂电池的一个侧视图，图1B为现有全固态锂电池的另一侧视图，图1C为现有全固态锂电池的俯视图，如图1A～图1C所示，全固态锂电池包括：基板1和设置在基板1上的多个锂电池2，其中，图1A包括一个锂电池，图1B以包括两个锂电池为例进行说明。
为了提高全固态锂电池的续航能力，现有技术提供了两种解决方案：第一种方案：增加全固态锂电池的成膜电极，但是经发明人研究发现，随着全固态锂电池的成膜面积的增大，各层薄膜的表面应力也随之增大，从而会造成全固态锂电池中各个薄膜出现开裂的现象，最终导致全固态锂电池的可靠性下降，严重时出现正负极短路，导致全固态锂电池不能正常工作。第二种方案：增加全固态锂电池中锂电池的层数，同样地，随着全固态锂电池的层数在不断地叠加，整个全固态锂电池的厚度也越来越大，众所周知，薄膜厚度越高，薄膜的表面应力会越大，从而造成全固态锂电池中各个薄膜出现开裂的现象，最终导致全固态锂电池的可靠性下降，严重时出现正负极短路，导致全固态锂电池不能正常工作。
为了解决现有的全固态锂电池的可靠性下降，严重时甚至导致不能正常工作的技术问题，本发明实施例提供了一种全固态锂电池及其制备方法。具体说明如下：
实施例一
基于上述实施例的发明构思，本发明实施例提供一种全固态锂电池的制备方法，图2为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法的流程图，如图2所示，本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法包括：
步骤100、提供一基板。
可选地，基板可以是玻璃，塑料，聚合物，金属片，硅片,石英，陶瓷或云母等。优选地，基板还可以为柔性基板，其中，柔性基板的制作材料包括：聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，简称PET)、氧化锆或氧化铝等材料。
步骤200、在基板上形成M行×N列的锂电池单元。
其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层。
具体的，M≥1，N≥1，且M与N不同时为1。
具体的，本发明实施例中的多个锂电池单元同层设置，且每个锂电池单元的结构、厚度均相同。
可选地，每个锂电池单元包括的正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层的数量均为至少一个，本发明实施例并不具体限定每层的数量，具体根据实际需求限定。
可选地，正极集流体层的制作材料可以为铝箔，负极集流体层的制作材料可以为铜箔，为了保证集流体在全固态锂电池的内部稳定性，二者纯度都要求在98％以上。
可选地，正极层的制作材料包括：镍钴铝酸锂、富锂、锰酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂，进一步地，正极层一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，在电极中起到传输离子和电子的作用。
可选地，负极层的制作材料包括金属锂、合金类或氧化物中的一种或至少两种的组合。可选地，合金类包括锂合金和/或硅基合金。
可选地，电解质层为固态无机锂离子导体，的制作材料包括磷酸锂LiPO4、氧化锂Li3OX或磷酸钛锂LiTi2(PO4)3等。
本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法包括：提供一基板；在基板上形成M行×N列的锂电池单元；其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层。本发明实施例通过在基板上设置阵列排列的多个锂电池单元，保证了在同等面积下，本申请中的多个锂电池单元的尺寸比现有技术中的锂电池的尺寸小，释放了锂电池单元中各膜层的表面应力，避免了各薄膜开裂，提高了全固态锂电池的可靠性，保证了全固体锂电池正常工作，大大提高了全固态锂电池的使用寿命，在生产上也可以极大的提高良率，降低成本，增强了产品竞争力。
可选地，本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法还包括：在基板上形成第一电极和第二电极。
具体的，第一电极为正极，第二电极为负极，第一电极和第二电极可以对称设置在基板的两侧，本发明实施例并不具体限定第一电极和第二电极的位置，其中，第一电极和第二电极与靠近基板设置的正极集流体层同层设置。
在本实施例中，第一电极和第二电极的制作材料可以为氧化铟锡或者金属，本发明实施例并不以此为限。
具体的，当第一电极和第二电极的制作材料为氧化铟锡或者其制作材料与正极集流体的制作材料不同时，在基板上形成第一电极和第二电极可以发生在步骤200之后，或者可以发生在在基板上形成正极集流体层之后，当第一电极和第二电极的制作材料与正极集流体的制作材料相同时，为了简化制作工艺，在基板上形成第一电极和第二电极可以与在基板上形成正极集流体层同一步骤形成。
可选地，作为一种实施方式，步骤200具体包括：在基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层；在正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层；在基板上形成用于隔绝相邻锂电池单元的的隔绝层；在M行×N列的锂电池单元的负极层和隔绝层上形成M行×N列的锂电池单元的负极集流体层以及第二连接层。
具体的，在本实施方式中，第一连接层用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极，第二连接层用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极。只有第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极连接，最后一列锂电池单元的负极集流体层与第二电极连接，相邻锂电池单元之间的正极集流体层之间和负极集流体层之间连接。
可选地，作为另外一种实施方式，步骤200具体包括：在基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层，第一连接层用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极；在正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层；在基板上形成用于隔绝相邻锂电池单元的隔绝层；在负极层和隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层，第二连接层用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
在本实施方式中，每个锂电池单元的正极集流体层与第一电极连接，每个锂电池单元内的负极集流体层与第二电极连接，相邻锂电池单元之间的正极集流体层之间和负极集流体层之间并不连接。
具体的，两种实施方式中的步骤在基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层具体包括：
在基板上沉积正极集流体薄膜，通过激光工艺或者光刻工艺对正极集流体薄膜进行刻蚀形成正极集流体层和第一连接层；或者，在基板上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第一连接层。
另外，需要说明的是，正极集流体层和第一连接层还可以通过3D打印形成。
具体的，正极集流体层和第一连接层可以一体成型，也可以分开设置，本发明实施例对此不作任何限定。
具体的，两种实施方式中的步骤在负极层和隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层包括：在负极层和隔绝层上沉积负极集流体薄膜，通过激光工艺对负极集流体薄膜进行刻蚀形成负极集流体层和第二连接层；或者，在负极层和隔绝层上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成负极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第二连接层。
具体的，负极集流体层和第二连接层可以一体成型，也可以分开设置，本发明实施例对此不作任何限定。
另外，需要说明的是，负极集流体层和第二连接层还可以通过3D打印形成。
具体的，步骤在正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层具体包括：在正极集流体层上采用物理气相沉积工艺沉积正极薄膜，通过构图工艺形成正极层；在正极层上采用物理气相沉积工艺沉积电解质薄膜，通过构图工艺形成电解质层；在电解质层上采用物理气相沉积工艺或者蒸镀工艺形成负极薄膜。
可选地，物理气相沉积工艺包括：磁控溅射法、脉冲激光沉积法或等离子体辅助电子束蒸镀法。其中，磁控溅射法也称射频磁控溅射法，磁控溅射所使用的靶材根据原料进行选择或制备，可以采用常规方法制备得到。脉冲激光沉积法，也被称为脉冲激光烧蚀，是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。等离子体辅助电子束蒸镀法中“蒸镀”指热蒸发镀膜，是电子束基于电子在位差为U的电场作用下获得动能轰击靶材上，使靶材加热汽化，实现蒸发镀膜。蒸发镀膜指在高真空的条件下加热金属或非金属材料，使其蒸发并凝结于镀件(金属、半导体或绝缘体)表面而形成薄膜的一种方法。
可选地，蒸镀工艺包括：真空热蒸镀工艺。
可选地，本发明实施例提供的全固态锂电池的制作方法在步骤200之后，还包括：在锂电池单元上形成封装层。
本发明实施例提供的封装层可大大提高电池的防空气、水汽渗透的能力，延长电池的使用与存储寿命。
可选地，封装层的制作材料为三氧化二铝，氧化硅或氮化硅。
可选地，作为一种实施方式，多层锂电池的结构可以为多个单层锂电池简单叠加形成，其中，相邻两层锂电池通过封装层隔开，封装层均设置在锂电池单元的负极集流体上。
可选地，作为另一种实施方式，多层锂电池的结构还可以为相邻两层共用负极集流体或正极集流体形成，其中，封装层设置在顶层锂电池上，当锂电池的层数为偶数，则封装层设置在顶层锂电池的正极集流体上，但锂电池的层数为奇数时，封装层设置在顶层锂电池的负极集流体上。
下面以第一连接层用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极，第二连接层用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极，M＝N＝3为例，通过图3A-图3H进一步说明本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法。
步骤310、在基板10上形成第一电极AA、第二电极BB、M行×N列的锂电池单元的正极集流体层21以及第一连接层31，具体如图3A或图3B所示。
具体的，步骤310具体包括：在基板上沉积正极集流体薄膜，通过激光工艺或者光刻工艺对正极集流体薄膜进行刻蚀形成正极集流体层和第一连接层，其中，图3A为采用刻蚀工艺形成的正极集流体层以及第一连接层；或者，在基板上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第一连接层，图3B为采用蒸镀工艺形成的正极集流体层以及第一连接层。
步骤320、在正极集流体层21上依次形成正极层22，具体如图3C所示。
步骤330、在正极层22上形成电解质层23，具体如图3D所示。
步骤340、在电解质层23上形成负极层24，具体如图3E所示。
步骤350、在基板10上形成用于隔绝相邻锂电池单元的的隔绝层26，具体如图3F所示。
步骤360、在M行×N列的锂电池单元的负极层24和隔绝层26上形成M行×N列的锂电池单元的负极集流体层25以及第二连接层32，具体如图3G和图3H所示。
具体的，步骤360具体包括：在基板上沉积负极集流体薄膜，通过激光工艺对负极集流体薄膜进行刻蚀形成负极集流体层和第二连接层，其中，负极集流体层和第二连接一体成型，图3G为采用激光刻蚀工艺形成的负极集流体层以及第二连接层；或者，在基板上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成M行×N列的锂电池单元的负极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第二连接层，图3H为采用蒸镀工艺形成的负极集流体层以及第二连接层。
下面以第一连接层用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极，第二连接层用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极，M＝N＝2为例，通过图4A-图4F进一步说明本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法。
步骤410、在基板10上形成第一电极AA、第二电极BB、M行×N列的锂电池单元的正极集流体层21以及第一连接层31，具体如图4A所示。
具体的，需要说明的是，图4A中的正极集流体层21和第一连接层31分开设置，二者还可以一体成型。
步骤420、在正极集流体层21上依次形成正极层22，具体如图4B所示。
步骤430、在正极层22上形成电解质层23，具体如图4C所示。
步骤440、在电解质层23上形成负极层24，具体如图4D所示。
步骤450、在基板10上形成用于隔绝相邻锂电池单元的的隔绝层26，具体如图4E所示。
步骤460、在负极层24和隔绝层26上形成的负极集流体层25以及第二连接层32，具体如图4F所示。
具体的，需要说明的是，图4F中的正极集流体层21和第一连接层31分开设置，二者还可以一体成型。
实施例二
本发明实施例提供一种全固态锂电池，图5为本发明实施例提供的全固态锂电池的一个俯视图，图6为本发明实施例提供的全固态锂电池的一个侧视图，如图5和6所示，本发明实施例提供的全固态锂电池包括：基板10和设置在基板10上的M行×N列的锂电池单元20。
其中，每个锂电池单元20包括：正极集流体层21、正极层22、电解质层23、负极层24和负极集流体层25。
可选地，基板10可以是玻璃、塑料、聚合物、金属片、硅片、石英、陶瓷、云母等。优选地，基板可以为柔性基板，柔性基板可以为：聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，简称PET)、氧化锆、氧化铝等材料。
可选地，本发明实施例并不具体限定锂电池单元的数量，其排布方式可以为M×N，其中，M≥1，N≥1，M和N不能同时为1，具体根据实际需求确定。
具体的，本发明实施例中的多个锂电池单元同层设置，且每个锂电池单元的结构、厚度均相同。
可选地，正极集流体层的制作材料可以为铝箔，负极集流体层的制作材料可以为铜箔，为了保证集流体在全固态锂电池的内部稳定性，二者纯度都要求在98％以上。
可选地，正极层的制作材料包括：镍钴铝酸锂、富锂、锰酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂，进一步地，正极层一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，在电极中起到传输离子和电子的作用。
可选地，负极层的制作材料包括金属锂、合金类或氧化物中的一种或至少两种的组合。可选地，合金类包括锂合金和/或硅基合金。
可选地，电解质层为固态无机锂离子导体，的制作材料包括磷酸锂LiPO4、氧化锂Li3OX或磷酸钛锂LiTi2(PO4)3等。
本发明实施例提供的全固态锂电池包括：基板和设置在基板上的M行×N列的锂电池单元；其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层。本发明实施例通过在基板上设置多个阵列排列的多个锂电池单元，保证了在同等面积下，本申请中的多个锂电池单元的尺寸比现有技术中的锂电池的尺寸小，释放了锂电池单元中各膜层的表面应力，避免了各薄膜开裂，提高了全固态锂电池的可靠性，保证了全固体锂电池正常工作，大大提高了全固态锂电池的使用寿命，在生产上也可以极大的提高良率，降低成本，增强了产品竞争力。
可选地，每个锂电池单元包括的正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层的数量均为至少一个，需要说明的是，图5是以正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层的数量均为一个为例进行说明的。
为了提高全固态锂电池的续航能力，本发明实施例提供的锂电池单元包括的正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层的数量可以为多个，本发明实施例并不具体限定每层的数量，具体根据实际需求限定。
图7为本发明实施例提供的全固态锂电池的另一侧视图，图8为本发明实施例提供的全固态锂电池的又一侧视图，图7是以正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层的数量均为两个为例进行说明的，图8是以正极集流体层、正极层、电解质层和负极集流体层的数量均为两个、负极层的数量为一个进行说明的。需要说明的是，图7和图8均是以两层锂电池为例进行说明的，图7的两层锂电池为两个单层锂电池简单叠加形成，为了进一步减少全固体锂电池的厚度，图8中两层锂电池可以通过共用一个负极集流层体形成，同理，若为三层锂电池，第一层和第二层锂电池可以共用一个负极集流体层，第二层和第三层可以共用一个正极集流体层。
可选地，如图6、7和8所示，锂电池单元中的正极集流体层21、正极层22、电解质层23、负极层24和负极集流体层25依次设置在基板10上。
如图7和8所示，本发明实施例提供的全固态锂电池中还包括：设置在锂电池单元上的封装层27。
本发明实施例提供的封装层可大大提高电池的防空气、水汽渗透的能力，延长电池的使用与存储寿命。
可选地，封装层的制作材料为三氧化二铝，氧化硅或氮化硅。
可选地，作为一种实施方式，多层锂电池的结构可以为多个单层锂电池简单叠加形成，其中，相邻两层锂电池通过封装层隔开，封装层均设置在每层锂电池的负极集流体上。
可选地，作为另一种实施方法，多层锂电池的结构还可以为相邻两层共用负极集流体或正极集流体形成，其中，封装层设置在顶层锂电池上，当锂电池的层数为偶数，则封装层设置在顶层锂电池的正极集流体上，但锂电池的层数为奇数时，封装层设置在顶层锂电池的负极集流体上。
具体的，图9为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图一，图10为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图二，如图9和10所示，本发明实施例提供的全固态锂电池还包括：设置在基板10上的第一电极AA和第二电极BB。
可选地，第一电极为正极，第二电极为负极，第一电极和第二电极分别设置在基板两侧，本发明实施例并不具体限定第一电极和第二电极的位置。
具体的，作为一种实施方式，图11为图9对应的侧视图，如图3G、图3H和图11所示，本发明实施例全固态锂电池还包括：第一连接层31和第二连接层32。
在本实施例中，如图3G、图3H和图11所示，第一连接层31，与正极集流体层21同层设置，用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极；第二连接层32，与负极集流体层同层设置，用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
具体的，作为另一种实施方式，图12为图10对应的侧视图，如图4F和图12所示，本发明实施例全固态锂电池还包括：第一连接层31和第二连接层32。
具体的，第一连接层31，与正极集流体层同层设置，用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极；第二连接层32，与负极集流体层同层设置用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
可选地，如图11-图12所示，全固态锂电池还包括：设置在基板10上的隔绝层26。
其中，隔绝层26用于隔绝相邻锂电池单元的正极集流体层、正极层、电解质层和负极层。
具体的，本发明实施例提供的全固态锂电池在充电时，每个锂电池单元的正极层中的锂原子失去一个电子变成锂原子，锂原子经由该锂电池单元的电解质层向负极层迁移，并在负极层与外部的电子结合生成锂原子存储在负极层。即，充电时，电流流向正极层，放电时，过程相反，电流流向负极层。
可选地，相邻锂电池单元之间的间隔为1～100微米，需要说明的是，相邻锂电池单元包括：相邻行锂电池单元和相邻列锂电池单元，相邻锂电池单元之间的间隔可以相同，也可以不同，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例附图只涉及本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或微结构的厚度和尺寸被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在不冲突的情况下，本发明的实施例即实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种全固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供一基板；
在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元；其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层，M≥1，N≥1，且M与N不同时为1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述基板上形成第一电极和第二电极。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元包括：
在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层，所述第一连接层用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极；
在所述正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层；
在基板上形成用于隔绝相邻锂电池单元的的隔绝层；
在所述负极层和隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层，所述第二连接层用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元包括：
在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层，所述第一连接层用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极；
在所述正极集流体层上依次形成正极层、电解质层和负极层；
在基板上形成用于隔绝相邻锂电池单元的隔绝层；
在所述负极层和所述隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层，所述第二连接层用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述基板上形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层以及第一连接层包括：
在所述基板上沉积正极集流体薄膜，通过激光工艺或者光刻工艺对所述正极集流体薄膜进行刻蚀形成正极集流体层和第一连接层；或者，
在所述基板上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成M行×N列的锂电池单元的正极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第一连接层。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述负极层和所述隔绝层上形成负极集流体层以及第二连接层包括：
在所述负极层和所述隔绝层上沉积负极集流体薄膜，通过激光工艺对所述负极集流体薄膜进行刻蚀形成负极集流体层和第二连接层；或者，
在所述负极层和所述隔绝层上采用第一掩膜板通过蒸镀工艺形成负极集流体层；采用第二掩膜板通过蒸镀工艺形成第二连接层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述锂电池单元上形成封装层。
8.一种全固态锂电池，其特征在于，包括：基板和设置在所述基板上的M行×N列的锂电池单元；
其中，每个锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层，M≥1，N≥1，且M与N不同时为1。
9.根据权利要求8所述的全固态锂电池，其特征在于，所述全固态锂电池还包括：设置在所述基板上的第一电极和第二电极。
10.根据权利要求9所述的全固态锂电池，其特征在于，所述全固态锂电池还包括：第一连接层和第二连接层；其中，
所述第一连接层，与所述正极集流体层同层设置，用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层和连接第一列锂电池单元的正极集流体层与第一电极；所述第二连接层，与所述负极集流体层同层设置，用于连接相邻锂电池单元的负极集流体层和连接最后一列锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
11.根据权利要求9所述的全固态锂电池，其特征在于，所述全固态锂电池还包括：第一连接层和第二连接层；其中，
所述第一连接层，与所述正极集流体层同层设置，用于连接每个锂电池单元的正极集流体层和第一电极；所述第二连接层，与所述负极集流体层同层设置用于连接每个锂电池单元的负极集流体层和第二电极。
12.根据权利要求10或11所述的全固态锂电池，其特征在于，所述全固态锂电池还包括：设置在基板上的隔绝层；
所述隔绝层用于隔绝相邻锂电池单元的正极集流体层、正极层、电解质层和负极层。
13.根据权利要求8所述的全固态锂电池，其特征在于，相邻锂电池单元之间的间隔为1～100微米。
14.根据权利要求8所述的全固态锂电池，其特征在于，所述全固态锂电池还包括：封装层；
所述封装层设置在所述锂电池单元上。
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